基于Android系統的自然資源大數據一張圖APP研發

鄧風飄 夏正清

摘要：以柵格數據（0.2米分辨率正射影像）和矢量數據（第三次國土調查數據、第一次地理國情普查數據、自然資源數據等）為底圖，基于Android系統研發自然資源大數據一張圖APP，實現空間查詢、量測、空間分析、涂鴉、軌跡定位、照片視頻文字上傳、數據編輯等功能。為自然資源大數據現場督查管理、移動辦公提供方便快捷的輔助工具。

Abstract： Based on the raster data and vector data as the base map， a map app of big data of natural resources is developed based on Android system to realize the functions of spatial query， measurement， spatial analysis， graffiti， track positioning， photo and video text upload， data editing， etc. It provides a convenient and efficient auxiliary tool for on-site supervision and management of natural resources big data and mobile office.

關鍵詞：自然資源大數據;Android;ArcGIS for Android;空間查詢;空間分析

Key words： big data of natural resources;Android;ArcGIS for Android;spatial query;spatial analysis

中圖分類號：TP311.52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0179-03

0? 引言

自然資源大數據是實施國家大數據戰略的重要內容，自然資源大數據應用發展是新時期自然資源事業發展的迫切需要[1]。2019年3月黔西南州完成了自然資源系統的機構改革，由原規劃局和國土局合并組建了州自然資源局，為此，因規劃及自然資源管理需要，基于Android系統開發離線版的自然資源大數據一張圖APP迫在眉睫，旨在解決各類自然資源大數據的整合及管理工作所需的功能開發。

1? 概述

1.1 自然資源大數據概述

根據聯合國環境規劃署對自然資源的定義及麥肯錫全球研究所對大數據的定義。本文所稱自然資源大數據定義為：通過自然資源調查、監測、評價和管理工作中產生和積累的基礎地理、土地、地質礦產、地質環境與地災防治、海洋及國土空間規劃一張圖等數據，這些數據能夠產生經濟價值，并符合大數據的“4V”特征。

1.2 研究背景

原國家測繪地理信息局在2018年全國測繪地理信息工作會議中提出：2018年將統籌“天地圖”、數字城市、智慧城市建設，啟動建設政務地理信息大數據“一張圖”，形成全國時空大數據平臺，接入國家數據共享大平臺，輔助實現政府決策科學化、社會治理精準化、公共服務高效化。

為加速自然資源大數據與各領域的深度融合，貴州省自然資源廳以大數據、大戰略、大扶貧戰略為契機，按照“開放共享、融合創新、變革轉型、引領跨越、安全有序”的原則，充分發揮云計算、互聯網+等新一代信息技術，以大數據建設為重點，著力推進數據匯集、發掘和分析，深化創新應用，充分發揮自然資源部門和行業的數據資源優勢，加速自然資源大數據與各領域各行業的深度融合。

近年來，隨著自然資源部門相關業務日益豐富，所涉及、產生的地理空間數據逐漸多樣化，為提升自然資源管理領域的科學管理水平，結合黔西南州自然資源信息化發展現狀和國家及貴州省自然資源信息化發展政策背景的內容，借助當前全國正在開展的“多規合一”、自然資源離任審計項目的發展思路，基于“數字興義”地理空間框架平臺開發與自然資源業務相關的自然資源大數據一張圖APP研發。

2? 采用的技術[2][3]

2.1 矢量切片技術

矢量切片技術結合矢量數據與切片技術的優勢，有效彌補傳統數據組織方式的缺點，動態可交互地實現地圖展示。矢量切片利用基于協議緩沖（Protocol Buffers）技術的緊湊二進制格式傳遞信息。即將矢量數據以建立金字塔的方式，類似柵格切片拆分為單個描述性文件，以GeoJson格式等自定義格式組織，在前端根據顯示需要按需請求不同的矢量瓦片數據進行Web繪圖。具有體積小、更新快、自定義樣式、快速顯示、效率高等特點。

2.2 基于ArcGIS for Android的GIS二次開發技術

ArcGIS for Android API于2011年2月開始發布。到2019已到100.5.0版本?；贏rcGIS for Android的二次開發技術通過Java 構建多種應用程序，這些應用程序可以運用 ArcGIS Server 提供的強大制圖、地理編碼、地理處理和自定義功能實現復雜的業務功能，并將它們部署到 Android 設備。API以一個 Eclipse 集成開發環境（IDE）開發插件的形式發布，其中提供了豐富的工具、文檔和示例。 API依賴ArcGIS Server的REST 接口，可實現地圖加載服務，對要素進行添加刪除等編輯操作，調用地理處理服務（Geoprocessing Service， GP服務）等等。該技術實現了自然資源大數據的“一張圖”顯示與管理。

2.3 基于MPAndroidChart的圖表二次開發技術

MPAndroidChart來源于GitHub項目，是目前Android系統中表現最強大的圖表框架。支持線狀圖、柱狀圖、散點圖、燭狀圖、氣泡圖、餅狀圖和蜘蛛網狀圖;支持縮放、拖動（平移）、選擇和動畫。

3? 總體架構及實現[4]

3.1 APP總體架構

自然資源大數據一張圖APP以柵格數據和矢量數據為底圖，運行于離線的Android設備終端（系統要求：系統為Android8.0，4G以上內存，128G以上存儲），總體架構如圖1。

3.1.1 數據層

包括系統所使用的柵格及矢量數據。柵格數據包括0.05米、0.2米和0.5米分辨率遙感影像、城市規劃;矢量數據包括第三次國土調查、土地整治、基準地價、林業調查、地災隱患點、探（采）礦產資源分布、基本農田、土地總規等。

3.1.2 服務層

通過ArcGIS for Android提供的服務接口，調取矢量切片服務，包括WMS、WFS及WMTS，避免直接讀取原始數據格式帶來的泄密風險。

3.1.3 應用層

開展各類功能研發，包括基本的GIS功能（查詢、地圖操作、圖層管理等），定位功能、統計分析功能、涂鴉及收藏功能等。

3.2 功能設計

系統實現國土資源科學管理、規劃用地高效分析、矢量數據和影像數據精準疊加展現、現場數據采集、合理規劃成效等功能。

3.2.1 定位、量測

系統集成了GPS導航定位功能，通過坐標轉換參數，提供精準的實時定位服務。通過ArcGIS for Android提供的line.calculateLength2D函數進行距離量測（單位可在米、千米之間自由切換），通過polygon.calculateArea2D函數進行面積量測（單位可在畝、公頃、平方米、平方千米間自由切換）。

3.2.2 空間分析

通過流線、折線及shape文件導入三種方式對興趣區域進行空間分析，根據勾選不同的疊加數據層，實現地塊名稱、地塊類型名稱、權屬、面積、地價等屬性進行空間分析，可統計出各個屬性的面積或地價等信息，結果可導出為excel格式。

3.2.3 數據疊加、分屏對比

加載矢量數據可設置其透明度，與影像數據進行疊加時便于查看。影像數據與矢量數據通過雙屏瀏覽進行對比，并聯動進行顯示，分屏內容由用戶自行設置。

3.2.4 數據編輯

可采集點、線、面，并提供屬性編輯編輯功能，導出格式為JOSN格式，在PC端可直接讀取該格式為shape格式，便于后期內業編輯整理。

3.3 數據庫設計

屬性數據使用SQLite，采用對象關系映射（Object Relation Mapping）程序設計技術，使得可以通過面向對象的方法來操作該數據庫;空間數據采用Dbase數據庫，其與通用的ShapeFile格式兼容。

本系統涉及數據內容多，數據量大，按照使用類型分為空間數據庫及用戶數據庫。

3.3.1 空間數據庫

用于本系統中查詢，分析，統計的數據。該部分數據經坐標轉換及數據清洗后直接入庫，使用其原有字段定義及數值，無須修改。

3.3.2 用戶數據庫

用戶使用過程中的數據。包括用戶編輯的面圖層、涂鴉、照片與圖斑掛接信息等，見表1、表2。

3.4 界面設計

3.4.1 用戶登錄

包括用戶登錄及密碼修改，為了保障數據安全，避免數據丟失，系統限定密碼輸錯3次即刪除設備中的相關數據。

3.4.2 APP主界面設計

APP主界面設計為左邊為圖層列表，右邊為功能列表，可視化窗口居中，見圖2。

3.4.3 空間分析結果設計

空間分析結果以環型餅圖展示，在餅圖窗口中通過不同的標簽實現不同圖層的空間分析結果顯示，餅圖與圖形之間實現聯動，即選擇餅圖中的任意分餅即可查看其對應的圖形信息，見圖3。

4? 結束語

本文闡述了自然資源大數據的定義及一張圖APP研發的背景，并基于arcgis for Android 完成了自然資源大數據一張圖APP的原型系統研發，在離線端實現了對自然資源大數據的統一管理及行業應用，積極探索在APP中將自然資源大數據運用于項目的科學規劃、合理布局、集約節約利用土地等領域。通過本系統，解決了傳統規劃選址、項目落地實地調查中攜帶大量紙質資料的不便性及外業拍照舉證、涂鴉及編輯的便捷性。

參考文獻：

[1]薛曉娟，李英成，王恩泉，等.大數據時代國土資源“一張圖”的構建[J].北京測繪，2019，33（11）：1298-1301.

[2]任東風，董華飛.基于Android平臺的通州區國土規劃一張圖系統建立[J].測繪與空間地理信息，2019，42（8）：8-14.

[3]謝義娟，代林海.基于ArcGIS for Android和Spatialite的離線國土資源“一張圖”系統研究與實現[J].價值工程，2020（5）：224-226.

[4]趙偉山.國土一張圖移動應用系統建設的探討與研究[J]. 礦山測量，2016，44（5）：54-57.